Zjištění by mohla vědcům pomoci vyvinout odolnější rostliny, které vydrží klimatické změny.
Home — Salk News — Jak světlo a teplota společně ovlivňují růst rostlin
Salk News
29 2022 августа
Jak světlo a teplota společně ovlivňují růst rostlin
Zjištění by mohla vědcům pomoci vyvinout odolnější rostliny, které vydrží klimatické změny.
29 2022 августа
LA JOLLA – Rostliny se prodlužují a ohýbají, aby umožnily přístup slunečnímu záření. Navzdory tomu, že tento jev pozorují po staletí, vědci mu plně nerozumí. Nyní vědci ze Salku zjistili, že dva rostlinné faktory – protein PIF7 a růstový hormon auxin – jsou spouštěči, které urychlují růst, když jsou rostliny drženy ve stínu baldachýnu a současně vystaveny vysokým teplotám.
Nálezy publikované v Povaha spojení 29. srpna 2022 pomůže vědcům předvídat, jak budou rostliny reagovat na změnu klimatu a zlepšit výnosy plodin navzdory rostoucím globálním teplotám, které poškozují plodiny.
“V současné době pěstujeme plodiny v určité hustotě, ale naše výsledky naznačují, že budeme muset tuto hustotu snížit, abychom optimalizovali růst, jak se mění klima,” říká hlavní autor profesor. Joanne Chory, ředitelka Salk Laboratory of Plant Molecular and Cellular Biology a vyšetřovatelka v Howard Hughes Medical Institute. “Porozumění molekulárnímu základu toho, jak rostliny reagují na světlo a teplotu, nám umožní vyladit hustotu výsadby, abychom dosáhli nejlepších výnosů.”
Sazenice během klíčení rychle prodlužují stonky, aby prorazily obalovou půdu a co nejrychleji zachytily sluneční světlo. Normálně stonek zpomaluje svůj růst po vystavení slunečnímu záření. Ale stonek se může rychle znovu prodloužit, pokud rostlina soutěží s okolními rostlinami o sluneční světlo nebo reaguje na vysoké teploty zvětšením vzdálenosti mezi horkou půdou a listy rostliny. Zatímco obě podmínky prostředí – stín koruny a vysoké teploty – stimulují růst stonku, zároveň snižují výnos.
V této studii výzkumníci porovnávali rostliny rostoucí ve stínu a současně teplých teplotách – podmínky, které napodobují vysokou hustotu plodin a změnu klimatu. Vědci použili model rostliny Arabidopsis Thalia, stejně jako rajče a blízce příbuzný tabák, protože se zajímali o to, zda jsou všechny tři rostlinné druhy ovlivněny těmito podmínkami prostředí stejně.
U všech tří druhů tým zjistil, že rostliny rostly extrémně vysoko, když se současně snažily uniknout ze stínu vytvořeného sousedními rostlinami a byly vystaveny vyšším teplotám. Na molekulární úrovni vědci zjistili, že transkripční faktor PIF7, protein, který pomáhá zapínat a vypínat geny, byl dominantním hráčem při podpoře rychlého růstu. Zjistili také, že hladiny růstového hormonu auxinu se zvýšily, když plodiny detekovaly sousední rostliny, což podpořilo růst v reakci na souběžné vyšší teploty. Tato synergická dráha PIF7-auxinu umožnila rostlinám reagovat na své prostředí a přizpůsobit se při hledání nejlepších podmínek pro růst.
Související transkripční faktor, PIF4, také stimuloval prodlužování stonku při vysokých teplotách. Při kombinaci stínu a zvýšených teplot však tento faktor již nehrál důležitou roli.
“Byli jsme překvapeni, když jsme zjistili, že PIF4 nehraje důležitou roli, protože předchozí studie ukázaly důležitost tohoto faktoru v souvisejících růstových situacích,” říká první autor Yogev Burko, postdoktorand Salk a odborný asistent v Agricultural Research Organization na Volcano Institute v Izraeli. „Skutečnost, že PIF7 je dominantním motorem růstu v této továrně, byla skutečným překvapením. Doufáme, že s těmito novými poznatky vyladíme růstovou reakci různých plodin, abychom jim pomohli přizpůsobit se klimatickým změnám.”
Vědci se domnívají, že je ještě třeba objevit dalšího hráče, který zvyšuje účinek PIF7 a auxinu. Doufají, že tento neznámý faktor prozkoumají v budoucích studiích. Berkova laboratoř bude také studovat, jak lze tuto cestu optimalizovat v plodinách.
„Globální teploty rostou, takže potřebujeme potravinářské plodiny, kterým se bude v těchto nových podmínkách dařit,“ říká Chory, spoluředitel iniciativy Salk Plant Utilization Initiative a katedry Howarda H. a Maryam R. Newmanových v rostlinné biologii. “Identifikovali jsme klíčové faktory, které regulují růst rostlin při vysokých teplotách, což nám pomůže pěstovat produktivnější plodiny, abychom uživili budoucí generace.”
Mezi další autory patřili Bjorn Christopher Willige a Adam Seluzzycki ze Salku; Ondřej Novak z Univerzity Palackého a Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR; a Karin Ljung ze Švédské univerzity zemědělských věd.
Práce byla financována Národním institutem zdraví (5R35GM122604-05_05), Lékařským institutem Howarda Hughese, Nadací Knuty a Alice Vallenbergových (KAW 2016.0341 a KAW 2016.0352), Švédskou státní agenturou pro inovační systémy (Vinnova 2016)-00504 , stipendia EMBO (Altf 785-2013 a Altf 1514-2012), BARD (FI-488-13), Human Frontier Science Program (LT000222/2013-L) a Salk Postdoctoral Pioneer Endowment Fund.
DOI: 10.1038/s41467-022-32585-6